前庭通路的功能影像學(xué)研究進(jìn)展*

張姍姍 蔣 莉 周冀英

（重慶醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科，重慶400016)

眩暈是常見癥狀，在一般人群中患病率可達(dá)20%～30%[1]，部分眩暈可反復(fù)發(fā)作，對(duì)病人的生活質(zhì)量造成極大影響。前庭系統(tǒng)感知并傳入頭部位置及頭動(dòng)信號(hào)，以調(diào)節(jié)眼動(dòng)及姿勢(shì)，并將信號(hào)上傳至皮層形成垂直覺及對(duì)自身運(yùn)動(dòng)的感知[2]，同時(shí)參與空間記憶和定位定向等高級(jí)認(rèn)知功能[3]。前庭通路的受損可能導(dǎo)致眩暈，故對(duì)于前庭信號(hào)傳遞通路的研究將利于眩暈的診治。此外，對(duì)于前庭性偏頭痛等發(fā)病機(jī)制尚未明確的眩暈相關(guān)性疾病[4]而言，以眩暈作為切入點(diǎn)來認(rèn)識(shí)疾病是重要的研究方法。因此，明確前庭信息傳導(dǎo)通路對(duì)于進(jìn)一步探究眩暈相關(guān)疾病的病灶定位和發(fā)病機(jī)制具有重要意義。既往基于病灶法的研究使得人們對(duì)于前庭通路的認(rèn)識(shí)有限，功能影像學(xué)尤其是功能磁共振 (functional magnetic resonance imaging,fMRI) 及正電子發(fā)射斷層掃描 (position emission computed tomography,PET）的應(yīng)用給前庭通路的研究帶來了一大突破。此前曾有文章對(duì)前庭皮層的fMRI研究成果做過綜述[5]，而目前國內(nèi)外尚無對(duì)于整個(gè)前庭通路功能影像學(xué)研究進(jìn)展的總結(jié)，本文首次通過對(duì)前庭皮層定位、前庭信息處理優(yōu)勢(shì)側(cè)、前庭通路走行及基于病灶的前庭通路信號(hào)改變等方面的功能影像學(xué)研究進(jìn)行綜述，以增加對(duì)前庭信號(hào)傳遞通路的認(rèn)識(shí)，為進(jìn)一步探究眩暈相關(guān)疾病的發(fā)病機(jī)制奠定基礎(chǔ)。

一、前庭皮層的定位

在前庭信息的處理過程中，前庭皮層在運(yùn)動(dòng)的感知、身體的空間定位、眼動(dòng)和姿勢(shì)控制方面起著不可替代的作用。研究者曾采用不同的功能影像學(xué)方法如PET[6]、fMRI[7]等，通過球囊短純音刺激[8,9]、電刺激[10,11]、冷熱水刺激[12～14]等前庭刺激方法，發(fā)現(xiàn)主要激活區(qū)域?yàn)橛啥嘀馗杏X皮層所構(gòu)成的皮層網(wǎng)絡(luò)，稱為“前庭皮層”。這一網(wǎng)絡(luò)主要包括雙側(cè)的后腦島、島葉后區(qū)、顳上回、部分頂下小葉、頂內(nèi)溝、中央前回、中央后回、前腦島和鄰近的額下回、前扣帶回、楔前葉、海馬[12,13]。其中頂顳皮層（主要由軀體感覺區(qū)SII 和后腦島組成）與動(dòng)物的頂-島前庭皮層 (parieto-insular vestibular cortex,PIVC)相似，被認(rèn)為是前庭皮層的“核心區(qū)”，即此區(qū)域內(nèi)超過50%的神經(jīng)元可直接對(duì)前庭刺激產(chǎn)生初級(jí)反應(yīng)。Roberts等[7]的研究也發(fā)現(xiàn)，當(dāng)前庭及視覺傳入信號(hào)不一致時(shí)，后腦島在整合前庭及視覺信息、維持平衡覺方面起到了極為重要的作用。在前庭受到刺激時(shí)，除上述激活的皮層區(qū)域外，在視覺和軀體感覺皮層還存在負(fù)激活的區(qū)域，即存在不同感覺間的交互抑制，有利于調(diào)節(jié)感覺信號(hào)處理的重心，解決不同感覺傳入信號(hào)間的矛盾[15]。

有研究發(fā)現(xiàn)，前庭刺激所誘發(fā)的眼震及眩暈的達(dá)峰時(shí)間較前庭刺激時(shí)間有一定延遲[13]，而前庭刺激后腦干與皮層激活時(shí)間亦不完全匹配[14]，提示在前庭信息處理過程中，前庭通路中不同部位的活化時(shí)程可能不同，這就意味著在前庭刺激后的不同時(shí)刻進(jìn)行掃描，可能呈現(xiàn)不同的皮層激活模式，這給掃描時(shí)間點(diǎn)的選擇和結(jié)果的解釋帶來了困難。Klingner等[16]在雙溫刺激后右利手健康受試者進(jìn)行了連續(xù)的頭顱血氧水平依賴功能磁共振成像(blood-oxygenation-level dependent functional Magnetic Resonance Imaging,BOLD-fMRI)序列掃描，觀察不同時(shí)間點(diǎn)掃描結(jié)果的差別。結(jié)果顯示皮層對(duì)于前庭刺激的應(yīng)答包括多個(gè)獨(dú)立的成分，它們的時(shí)程變化各不相同。前庭刺激后，最早出現(xiàn)刺激同側(cè)后腦島、小腦的激活，持續(xù)較短時(shí)間后很快消退，可能與前庭信息的初級(jí)處理有關(guān)；腦島、腦島后區(qū)、顳上回皮層、后頂葉及額葉的激活出現(xiàn)遲、消退慢，有明顯右側(cè)（受試者的非優(yōu)勢(shì)半球）優(yōu)勢(shì)，可能與眼動(dòng)等前庭相關(guān)信息處理有關(guān)；而默認(rèn)網(wǎng)絡(luò)（特別是楔前葉）、視覺皮層、感覺運(yùn)動(dòng)皮層存在負(fù)激活，可能與感覺皮層間的交互抑制有關(guān)。

二、前庭信息處理的偏側(cè)性

基于病灶法的研究發(fā)現(xiàn)，前庭皮層的激活模式在兩側(cè)大腦半球并非對(duì)稱，即前庭信息的處理存在相對(duì)優(yōu)勢(shì)側(cè)。Fasold等[13]對(duì)受試者予以水平半規(guī)管刺激后行fMRI掃描，發(fā)現(xiàn)右利手者右側(cè)（非優(yōu)勢(shì)半球側(cè)）前庭皮層激活明顯。Dieterich等[12]同時(shí)納入左、右利手者，予以水平半規(guī)管刺激后行PET掃描，發(fā)現(xiàn)雙側(cè)大腦半球皆有血流明顯增加的區(qū)域，皮層激活區(qū)域包括額上回、中央前回、頂下小葉、緣上回、顳頂葉、前腦島、額下回、前扣帶回；皮層下激活區(qū)域包括殼核、丘腦和中腦。在單側(cè)刺激時(shí)，上述區(qū)域的激活是雙側(cè)的，被刺激側(cè)更為明顯，說明水平半規(guī)管信號(hào)大部分傳遞到同側(cè)。而將歷次前庭刺激所產(chǎn)生的皮層信號(hào)合并分析后發(fā)現(xiàn)，前庭信號(hào)的優(yōu)勢(shì)側(cè)在受試者的非優(yōu)勢(shì)半球。因而表明前庭刺激時(shí)皮層及皮層下結(jié)構(gòu)激活的優(yōu)勢(shì)側(cè)取決于前庭刺激側(cè)及受試者的非優(yōu)勢(shì)半球，即當(dāng)刺激側(cè)為非優(yōu)勢(shì)半球側(cè)時(shí)，可以出現(xiàn)最大的激活信號(hào)。

前庭系統(tǒng)傳入信號(hào)除半規(guī)管信號(hào)外還包括耳石球囊信號(hào)。刺激耳石球囊所見功能影像學(xué)改變與刺激水平半規(guī)管所得結(jié)論有所不同。Miyamoto等[8,17]及Schlindwein等[9]先后通過fMRI研究發(fā)現(xiàn)前庭誘發(fā)肌源性電位(vestibular evoked myogenic potentials,VEMPs) 刺激球囊所產(chǎn)生的耳石球囊信號(hào)同樣可以引起額頂顳皮層的激活，其信號(hào)傳遞的優(yōu)勢(shì)側(cè)亦位于受試者的非優(yōu)勢(shì)半球，這與水平半規(guī)管信號(hào)引發(fā)的皮層激活情況相一致。Janzen等[18]通過VEMPs 作為球囊耳石刺激，以聲音刺激和白噪聲刺激作為對(duì)照，對(duì)受試者行fMRI掃描，發(fā)現(xiàn)在扣除聲音刺激的干擾效應(yīng)后，仍存在頂顳皮層的激活，該區(qū)域主要包括雙側(cè)后腦島、顳上/中/橫回、頂下小葉，其下半部分表現(xiàn)為刺激同側(cè)優(yōu)勢(shì)，提示球囊耳石刺激主要上傳到同側(cè)頂顳皮層的下半部分，而上半部分的激活存在非優(yōu)勢(shì)半球側(cè)優(yōu)勢(shì)。

三、前庭通路的走行

既往關(guān)于前庭通路走行的研究通常采用病灶法、示蹤法或電生理方法，多為針對(duì)局部前庭通路進(jìn)行結(jié)構(gòu)或功能分析。由于方法學(xué)的限制，僅能大致了解前庭通路中的重要節(jié)點(diǎn)，無法提示節(jié)點(diǎn)的確切位置和不同節(jié)點(diǎn)之間的交叉聯(lián)絡(luò)方式。

2016年Kirsch等[19]利用MRI將結(jié)構(gòu)分析與功能連接方法結(jié)合，在靜息態(tài)情況下分別通過磁共振彌散張量成像 (diffusion tensor imaging,DTI) 方法（即興趣區(qū)-興趣區(qū)方法，所選定興趣區(qū)包括腦干、丘腦、頂島前庭皮層）及磁共振功能連接 (functional connectivity magnetic resonance imaging,fc-MRI) 方法（即興趣區(qū)-體素方法，所選定興趣區(qū)為雙側(cè)前庭神經(jīng)核）進(jìn)行了分析。Kirsch等得到了5條結(jié)構(gòu)與功能上相一致的前庭信號(hào)上行通路（見圖1）。第一到三條通路自前庭神經(jīng)核上行至同側(cè)前庭皮層，其中2條分別通過后外側(cè)丘腦或旁中央丘腦達(dá)到頂島前庭皮層，有1條通路則繞過了丘腦直接到達(dá)腦島下部；第四、五條通路在腦橋和中腦交叉到對(duì)側(cè)，經(jīng)后外側(cè)丘腦上行到達(dá)對(duì)側(cè)前庭皮層。除了這五條之外，另有1條通路經(jīng)胼胝體壓部連接兩側(cè)頂島前庭皮層，雙側(cè)前庭神經(jīng)核之間亦存在功能連接。故前庭通路在前庭神經(jīng)核、腦橋（前庭神經(jīng)核以上的部位）、中腦（Cajal間質(zhì)核水平）、皮層水平（經(jīng)胼胝體）共有4次交叉，被形象化地稱為“前庭繩梯”。雖然雙側(cè)前庭通路有多處交叉，大部分信號(hào)仍為同側(cè)上傳，在橋腦水平僅有少部分信號(hào)交叉至對(duì)側(cè)。這也與前述單次前庭刺激時(shí)同側(cè)大腦半球激活明顯的結(jié)論相一致。

圖1 前庭通路的走行

四、病灶基礎(chǔ)上的前庭系統(tǒng)功能影像學(xué)研究

在予以前庭刺激時(shí)，前庭結(jié)構(gòu)病灶的受試者大腦產(chǎn)生的激活及負(fù)激活模式與正常受試者有所不同，因而在前庭病灶基礎(chǔ)上的功能影像學(xué)研究更有利于深入了解前庭信號(hào)的傳遞特點(diǎn)。

Dieterich等[15]總結(jié)了健康受試者和有前庭病灶者在刺激后通過PET或fMRI所見前庭皮層激活模式的不同，發(fā)現(xiàn)在前庭神經(jīng)炎急性期，病人大腦皮層出現(xiàn)自發(fā)的視覺-前庭之間的激活-負(fù)激活模式，與健康受試者經(jīng)單側(cè)前庭刺激后所出現(xiàn)的視覺前庭皮層交互抑制相類似。而有雙側(cè)前庭病灶者在受到刺激后，大腦皮層所呈現(xiàn)的激活-負(fù)激活模式明顯減弱。對(duì)于一側(cè)前庭神經(jīng)核病變（如Wallenberg綜合征）者，刺激患側(cè)水平半規(guī)管時(shí)，對(duì)側(cè)皮層激活顯著下降，而同側(cè)皮層激活無明顯變化，提示可能恰好損傷了雙側(cè)前庭神經(jīng)核之間的傳遞通路，而未損傷該側(cè)前庭神經(jīng)核及同側(cè)上傳纖維，因而證實(shí)了雙側(cè)前庭通路在前庭神經(jīng)核水平存在交叉聯(lián)系。

2016年[6]有研究者對(duì)單側(cè)前庭中腦梗死病人分別在急性期及恢復(fù)期進(jìn)行PET掃描，發(fā)現(xiàn)病人雙側(cè)丘腦存在持續(xù)性的信號(hào)降低，提示雙側(cè)丘腦之間不存在纖維交叉及前庭信號(hào)整合，因而丘腦是“前庭梯繩”中唯一一個(gè)沒有直接通過橫貫纖維進(jìn)行雙側(cè)交叉聯(lián)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)；同時(shí)也證實(shí)了單側(cè)丘腦可接受雙側(cè)中腦整合中心的前庭信號(hào)傳入，是前庭信息傳遞的重要門戶。

有研究者[20]對(duì)急性單側(cè)后外側(cè)丘腦梗死或出血的病人行溫度刺激下的PET，發(fā)現(xiàn)：①無論刺激健側(cè)或患側(cè)，患側(cè)皮層激活皆明顯降低，健側(cè)的皮層激活也有降低；②無論病灶在病人的優(yōu)勢(shì)半球或非優(yōu)勢(shì)半球，前庭信號(hào)的非優(yōu)勢(shì)半球優(yōu)勢(shì)始終保存；③病人前庭和視覺的交互抑制較正常人有所減弱；④患側(cè)下腦島在任一側(cè)前庭刺激時(shí)都會(huì)有激活；⑤雙側(cè)都有從前庭神經(jīng)核發(fā)出、繞過后外側(cè)丘腦直接到達(dá)腦島下部的上行前庭信號(hào)的投射，而且在非優(yōu)勢(shì)半球更強(qiáng)。該研究不僅證實(shí)了前庭信號(hào)主要經(jīng)同側(cè)上傳、具有非優(yōu)勢(shì)半球側(cè)優(yōu)勢(shì)，也鞏固了后外側(cè)丘腦作為前庭通路的中繼站在前庭信號(hào)傳遞中的地位，進(jìn)一步證實(shí)了部分前庭信號(hào)可不經(jīng)行后外側(cè)丘腦，直接投射至腦島下部。

綜上所述，功能影像學(xué)技術(shù)的進(jìn)步使得對(duì)前庭皮層及通路的研究取得了極大進(jìn)展。通過對(duì)前庭通路的功能影像學(xué)研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，我們得到以下結(jié)論：前庭皮層是以頂顳皮層為中心的皮層網(wǎng)絡(luò)；前庭皮層存在明顯“非優(yōu)勢(shì)半球”優(yōu)勢(shì)；雙側(cè)前庭通路在前庭神經(jīng)核、腦橋、中腦、胼胝體膝部均存在交叉聯(lián)系，但前庭信號(hào)的上傳以同側(cè)為主。但對(duì)于前庭系統(tǒng)這一復(fù)雜的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)及對(duì)前庭—視覺—眼動(dòng)等系統(tǒng)間的交互作用、前庭功能代償?shù)冗€需要進(jìn)一步研究，從而為探究眩暈相關(guān)疾病的病灶定位、發(fā)病機(jī)制等奠定基礎(chǔ)。